Zwischenfilamente - Was ist das?
Intermediäre Filamente sind ein Primärbestandteil des Zytoskeletts, obwohl sie nicht in allen Eukaryoten vorkommen und in Pilzen und Pflanzen fehlen. Diese Filamente, die sich über das Zytoplasma und die innere Kernmembran erstrecken, bestehen aus einer großen Familie von Proteinen, die grob in fünf Klassen eingeteilt werden können.
Die IF-Assemblierung beginnt mit der Faltung von IF-Proteinen in eine konservierte alpha-helikale Stabform, gefolgt von einer Reihe von Polymerisations- und Glühereignissen, die zur Bildung von Filamenten mit einem Durchmesser von etwa 8 bis 12 nm führen. Verschiedene ZF-Kombinationen finden sich in verschiedenen Zelltypen, jedoch interagieren nicht alle ZF-Klassen miteinander. Im Gegensatz zu anderen zytoskelettalen Komponenten (z.B. Aktinfilamente, Mikrotubuli) haben Intermediäre Filamente keine Polarität, sind stabiler und ihre konstituierenden Untereinheiten binden keine Nukleotide.
Zahlreiche laterale Wechselwirkungen und weniger Längswechselwirkungen zwischen konstituierenden Protofilamenten innerhalb eines ZF erzeugen eine hohe Zugfestigkeit und machen IFs widerstandsfähig gegen Druck-, Biege-, Verdreh- und Dehnungskräfte. Mikrotubuli haben mehr longitudinale Wechselwirkungen zwischen konstituierenden Tubulindimeren innerhalb von Protofilamenten und weniger laterale Wechselwirkungen zwischen Protofilamenten. Die stabilen Längswechselwirkungen innerhalb einzelner Protofilamente fördern die Steifigkeit innerhalb von Mikrotubuli und machen sie resistent gegen Biege- und Druckkräfte. Im Gegensatz dazu sind die schwächeren lateralen Wechselwirkungen zwischen Protofilamenten anfällig für Bruch, wenn sie durch Verdrehkräfte belastet werden.
Welche Funktion haben Zwischenfilamente?
Die enge Assoziation zwischen Protofilamenten liefert Zwischenfilamente mit einer hohen Zugfestigkeit. Dies macht sie zur stabilsten Komponente des Zytoskeletts. Zwischenfilamente finden sich daher in besonders strapazierfähigen Strukturen wie Haaren, Schuppen und Fingernägeln.
Die Hauptfunktion von Intermediärfilamenten besteht darin, Zellkohäsion zu erzeugen und den akuten Bruch von Epithelzellblättern unter Spannung zu verhindern. Möglich wird dies durch umfangreiche Wechselwirkungen zwischen den konstituierenden Protofilamenten eines Zwischenfilament, die seine Widerstandsfähigkeit gegen Druck-, Verdreh-, Dehnungs- und Biegekräfte erhöhen. Diese Eigenschaften ermöglichen es auch Zwischenfilamenten, die ausgedehnten Axone von Nervenzellen zu stabilisieren und die Innenseite der Kernhülle auszukleiden, wo sie helfen, die DNA der Zelle zu nutzen und zu schützen.
Intermediate Filament Proteinklassen, Struktur und Funktionen
- Typ I und II: Keraturine
- Typ III: Desmin, Vimentin
- Typ IV: Neurofilamente
- Typ V: Lamins
Keratin Proteine umfassen die beiden größten Klassen von intermediären Filament Proteinen. Historisch gesehen wurden die beiden Keratin Typen entsprechend den allgemeinen physikalischen Eigenschaften ihrer zusammengesetzten Aminosäuren als sauer (Typ I) oder basisch (Typ II) gruppiert. Keratin Proteine bauen sich zuerst zu Dimeren mit einer sauren und einer basischen Kette, dann zu Protofilamenten und schließlich zu IFs zusammen. Im Jahr 2006 wurde eine universelle Nomenklatur für jedes der damals bekannten Keratin Gene und -proteine mit insgesamt 54 (28 Typ I und 26 Typ II) festgelegt, um einen internationalen Konsens für ihre Benennung und Klassifizierung zu erreichen.
Die Expression bestimmter saurer und basischer Keraturine kann zelltypspezifisch sein. Keraturine werden in Epithelgeweben gefunden und ihre Expression kann während der Lebensdauer einer Zelle verändert werden. Keraturine bieten lebenswichtige innere Unterstützung und Kohäsion für Epithelzellblätter. Zum Beispiel wird die Basalschicht von Epithelzellen, die sich ständig teilen und neue Hautzellen (Keratinozyten) hervorbringen, mit deren Reife mit Keratinfilamenten gefüllt. Die Keratinfilamente verankern die Hautzellen an der extrazellulären Matrix (ECM) an ihrer Basis und zu benachbarten Zellen an ihren Seiten, durch Strukturen, die als Hemidesmosomen bzw. Desmosomen. Wenn diese Hautzellen absterben, bildet die Schicht abgestorbener Zellen eine wesentliche Barriere gegen Wasserverlust. Folglich ist bekannt, dass Mutationen in Keratin Genen für eine Vielzahl von Hautkrankheiten verantwortlich sind. Keratinhaltige Strukturen befinden sich auch außerhalb der Epithelzellschicht (z.B. Haare und Nägel).
